SURFACTANTS AT BIOSURFACTANTS: KUNG ANO ITO AY, HALIMBAWA AT PAGGAMIT - BIOLOGY - 2025

Ang isang surfactant ay isang compound ng kemikal na may kakayahang mabawasan ang pag-igting sa ibabaw ng isang likidong sangkap, kumikilos sa isang interface o ibabaw ng contact sa pagitan ng dalawang phase, halimbawa ng tubig-air o langis-tubig.

Ang salitang surfactant ay nagmula sa English word surfactant, na siya namang nagmula sa acronym ng expression surf ace na aktibong ahente, na nangangahulugang sa ahente ng Espanya na may interface na pang-interface o pang-ibabaw.

Larawan 1. Istraktura ng mga surfactant. Pinagmulan: Pangunahing panukala, mula sa Wikimedia Commons

Sa Espanyol ang salitang "surfactant" ay ginagamit, na tumutukoy sa kakayahan ng isang compound ng kemikal na kumilos sa ibabaw o pag-igting sa interface. Ang pag-igting sa ibabaw ay maaaring matukoy bilang isang pagtutol na kailangang madagdagan ng likido ang kanilang ibabaw.

Ang tubig ay may mataas na pag-igting sa ibabaw dahil ang mga molekula nito ay mahigpit na nakagapos at lumalaban sa paghihiwalay kapag ang presyon ay ipinatong sa kanilang ibabaw.

Halimbawa, ang ilang mga insekto sa aquatic, tulad ng "cobbler" (Gerris lacustris), ay maaaring lumipat sa tubig nang hindi lumulubog, salamat sa pag-igting ng ibabaw ng tubig, na nagbibigay-daan sa pagbuo ng isang pelikula sa kanilang ibabaw.

Larawan 2. Ang insekto na may kakayahang lumipat sa tubig. Pinagmulan: TimVickers, mula sa Wikimedia Commons

Gayundin, ang isang bakal na karayom ​​ay mananatili sa ibabaw ng tubig at hindi lumulubog, dahil sa pag-igting ng ibabaw ng tubig.

Istraktura at pag-andar ng mga surfactant

Ang lahat ng mga ahente ng surfactant o surfactant na kemikal ay amphiphilic sa kalikasan, iyon ay, mayroon silang isang dalawahan na pag-uugali, dahil sa katotohanan na maaari nilang matunaw ang mga polar at non-polar compound. Ang mga Surfactant ay may dalawang pangunahing bahagi sa kanilang istraktura:

• Isang hydrophilic polar head, na katulad ng tubig at polar compound.
• Isang lipophilic, hydrophobic nonpolar tail, na katulad ng nonpolar compound.

Ang polar head ay maaaring hindi ionic o ionic. Ang pang-surf na buntot, o bahagi ng apolar, ay maaaring isang alkyl o alkylbenzene carbon at hydrogen chain.

Ang napaka partikular na istraktura na ito ay nagbibigay ng mga surfactant kemikal na compound ng isang dalawahan, amphiphilic na pag-uugali: pagkakaugnay para sa mga polar compound o phases, natutunaw sa tubig at din ng pagkakaugnay para sa mga nonpolar compound, hindi matutunaw sa tubig.

Sa pangkalahatan, binabawasan ng mga ahente ng surfactant ang pag-igting ng ibabaw ng tubig, na pinapayagan ang likidong ito na mapalawak at dumaloy sa isang mas mataas na degree, basa ang mga kalapit na ibabaw at phase.

Ano ang mga surfactant?

Ang mga nakagagamot na kemikal ay nagsasagawa ng kanilang aktibidad sa mga ibabaw o interface.

Kapag natunaw sa tubig, lumipat sila sa mga interface ng tubig-langis o mga air-air halimbawa, kung saan maaari silang gumana bilang:

• Ang mga nagkalat at natutunaw ng hindi matutunaw o hindi maayos na natutunaw na mga compound sa tubig.
• Mga tao, dahil pinapaboran nila ang pagpasa ng tubig upang hindi malulutas ang mga phases sa loob nito.
• Stabilizer para sa emulsyon ng mga compound na hindi matutunaw sa tubig at tubig, tulad ng langis at tubig mula sa mayonesa.
• Ang ilang mga surfactant ay nagtataguyod at ang iba ay pumipigil sa foaming.

Biosurfactants: surfactant ng biological na pinagmulan

Kapag ang surfactant ay nagmula sa isang buhay na organismo, tinawag itong isang biosurfactant.

Sa isang mas mahigpit na kahulugan, ang mga biosurfactant ay itinuturing na amphiphilic biological compound (na may dalawahan na pag-uugali ng kemikal, natutunaw sa tubig at taba), na ginawa ng mga microorganism tulad ng lebadura, bakterya at famentous fungi.

Ang mga biosurfactant ay excreted o pinanatili bilang bahagi ng microbial cell lamad.

Gayundin ang ilang mga biosurfactant ay ginawa ng mga proseso ng biotechnological, gamit ang mga enzymes na kumikilos sa isang biological compound na natural o natural na produkto.

Mga halimbawa ng mga biosurfactant

Ang mga likas na biosurfactant ay kinabibilangan ng mga saponins mula sa mga halaman tulad ng bulaklak ng cayenne (Hibiscus sp.), Lecithin, mammalian bile juices o human lung surfactant (na may napakahalagang pag-andar sa physiological).

Bilang karagdagan, ang mga amino acid at ang kanilang mga derivatives, betaines at phospholipids, ang lahat ng mga likas na produktong ito ng biological na pinagmulan, ay mga biosurfactants.

Pag-uuri ng mga biosurfactant at halimbawa

-Nag-uugnay sa likas na katangian ng singil ng elektrikal sa polar na bahagi o ulo

Ang mga biosurfactants ay maaaring maipangkat sa mga sumusunod na kategorya, batay sa de-koryenteng singil ng kanilang polar head:

Mga Anionic biosurfactants

Mayroon silang negatibong singil sa polar end, madalas dahil sa pagkakaroon ng isang grupo ng sulfonate - SO ₃ ^- .

Mga cationic biosurfactants

Mayroon silang positibong singil sa ulo, karaniwang isang quaternary ammonium group NR ₄ ⁺ , kung saan ang R ay kumakatawan sa isang chain ng carbon at hydrogen.

Mga amosoteric biosurfactants

Pareho silang positibo at negatibong singil sa parehong molekula.

Non-ionic biosurfactants

Wala silang mga ions o mga de-koryenteng singil sa kanilang mga ulo.

-Nag-uugnay sa likas na kemikal nito

Ayon sa kanilang likas na kemikal, ang mga biosurfactant ay naiuri sa mga sumusunod na uri:

Glycolipid biosurfactants

Ang mga glycolipids ay mga molekula na mayroong kanilang istraktura ng kemikal na isang bahagi ng lipid o taba at isang bahagi ng asukal. Karamihan sa mga kilalang biosurfactant ay glycolipids. Ang huli ay binubuo ng mga sulpate ng asukal tulad ng glucose, galactose, mannose, rhamnose, at galactose.

Kabilang sa mga glycolipids, ang pinakamahusay na kilala ay ang rhamnolipids, bioemulsifier na malawak na pinag-aralan, na may mataas na aktibidad ng pag-emulsifying at mataas na pagkakaugnay para sa mga hydrophobic organikong molecule (na hindi natutunaw sa tubig).

Ang mga ito ay itinuturing na ang pinaka-epektibong surfactants para sa pag-alis ng mga hydrophobic compound sa mga kontaminadong mga lupa.

Ang mga halimbawa ng rhamnolipids ay nagsasama ng mga surfactant na gawa ng bakterya ng genus Pseudomonas.

Mayroong iba pang mga glycolipids, na ginawa ng Torulopsis sp., Sa aktibidad na biocidal at ginamit sa mga pampaganda, mga produktong anti-balakubak, bacteriostats at bilang mga deodorant sa katawan.

Lipoprotein at lipopeptide biosurfactants

Ang mga lipoproteins ay mga kemikal na compound na mayroong kanilang istraktura ng isang bahagi ng lipid o taba at isa pang bahagi ng protina.

Halimbawa, ang Bacillus subtilis ay isang bakterya na gumagawa ng lipopeptides na tinatawag na surfactins. Ito ay kabilang sa pinakamalakas na pag-igting sa ibabaw ng pagbabawas ng mga biosurfactants.

Ang mga Surfactins ay may kakayahang gumawa ng erythrocyte lysis (pagkasira ng mga pulang selula ng dugo) sa mga mammal. Bilang karagdagan, maaari silang magamit bilang mga biocides para sa mga peste tulad ng maliit na rodents.

Mga fatty acid na biosurfactants

Ang ilang mga microorganism ay maaaring mag-oxidize alkanes (carbon at hydrogen chain) sa mga fatty acid na may mga katangian ng surfactant.

Phoscolipid biosurfactants

Ang Phospholipids ay mga kemikal na compound na may mga pangkat na pospeyt (PO ₄ ^3- ), na nakakabit sa isang bahagi na may istruktura ng lipid. Ang mga ito ay bahagi ng mga lamad ng mga microorganism.

Ang ilang mga bakterya at lebadura na kumakain sa mga hydrocarbons, kapag lumalaki sa mga substrate ng alkane, pinatataas ang dami ng mga phospholipid sa kanilang lamad. Halimbawa, Acinetobacter sp., Thiobacillus thioxidans, at Rhodococcus erythropolis.

Polymeric biosurfactants

Ang mga polymeric biosurfactant ay mataas na molekular na macromolecules ng timbang. Ang pinaka-pinag-aralan na biosurfactants sa pangkat na ito ay: emulsifier, liposuction, mannoprotein at polysaccharide-protein complex.

Halimbawa, ang bakterya Acinetobacter calcoaceticus ay gumagawa ng polyanionic emulsifier (na may iba't ibang negatibong singil), isang napaka-epektibong bioemulsifier para sa mga hydrocarbons sa tubig. Ito rin ay isa sa mga pinakapangyarihang stabilizer ng emulsyon na kilala.

Ang Liposan ay isang natutunaw na tubig, extracellular emulsifier, na binubuo ng polysaccharides at Candida lipolytica protein.

Kalinisan sa kapaligiran

Ang mga biosurfactant ay ginagamit sa bioremediation ng mga lupa na nahawahan ng mga nakakalason na metal, tulad ng uranium, cadmium at tingga (biosurfactants ng Pseudomonas spp. At Rhodococcus spp.).

Ginagamit din ang mga ito sa mga proseso ng bioremediation ng mga soils at tubig na kontaminado ng gasolina o spills ng langis.

Larawan 3. Ang mga biosurfactant ay ginagamit sa mga proseso ng kalinisan sa kapaligiran dahil sa mga spills ng langis. Pinagmulan: Ecuador Foreign Ministry, sa pamamagitan ng Wikimedia Commons

Halimbawa, Aeromonas sp. gumagawa ng mga biosurfactants na nagpapahintulot sa pagkasira ng langis o pagbawas ng mga malalaking molekula sa mas maliit, na nagsisilbing mga nutrisyon para sa mga microorganism, bacteria at fungi.

Sa mga pang-industriya na proseso

Ang mga biosurfactant ay ginagamit sa industriya ng sabong panlinis at mas malinis, dahil pinapahusay nila ang pagkilos ng paglilinis sa pamamagitan ng pagtanggal ng mga taba na maruming damit o ibabaw sa hugasan ng tubig.

Ginagamit din ang mga ito bilang pantulong na mga compound ng kemikal sa industriya ng hinabi, papel at tannery.

Sa industriya ng kosmetiko at parmasyutiko

Sa industriya ng kosmetiko, ang Bacillus licheniformis ay gumagawa ng mga biosurfactants na ginagamit bilang mga produktong anti-balakubak, bacteriostatic at deodorant.

Ang ilang mga biosurfactant ay ginagamit sa industriya ng parmasyutiko at biomedical para sa kanilang antimicrobial at / o aktibidad na antifungal.

Sa industriya ng pagkain

Sa industriya ng pagkain, ang mga biosurfactant ay ginagamit sa paggawa ng mayonesa (na isang emulsyon ng tubig ng itlog at langis). Ang mga biosurfactant ay nagmula sa mga aralin at ang kanilang mga derivatibo, na nagpapabuti sa kalidad at karagdagan sa panlasa.

Sa agrikultura

Sa agrikultura, ang mga biosurfactant ay ginagamit para sa biological control ng mga pathogens (fungi, bacteria, virus) sa mga pananim.

Ang isa pang paggamit ng mga biosurfactants sa agrikultura ay upang madagdagan ang pagkakaroon ng mga micronutrients mula sa lupa.

Mga Sanggunian

1. Banat, IM, Makkar, RS at Cameotra, SS (2000). Mga potensyal na komersyal na aplikasyon ng microbial surfactants. Inilapat na Teknolohiya ng Mikrobiolohiya. 53 (5): 495-508.
2. Cameotra, SS at Makkar, RS (2004). Kamakailang mga aplikasyon ng biosurfactants bilang biological at immunological molekula. Kasalukuyang mga Opsyon sa Microbiology. 7 (3): 262-266.
3. Chen, SY, Wei, YH at Chang, JS (2007). Ang paulit-ulit na pH-stat fed-batch pagbuburo para sa produksiyon ng rhamnolipid na may katutubong Pseudomonas aeruginosa Applied Microbiology Biotechnology. 76 (1): 67-74.
4. Mulligan, CN (2005). Mga aplikasyon sa kapaligiran para sa mga biosurfactant. Polusyon sa Kapaligiran. 133 (2): 183-198.doi: 10.1016 / j.env.pol.2004.06.009
5. Tang, J., He, J., Xin, X., Hu, H. at Liu, T. (2018). Ang mga biosurfactants ay pinahusay ang mabibigat na pagtanggal ng mga metal mula sa putik sa paggamot ng electrokinetical. Chemical Engineering Journal. 334 (15): 2579-2592. doi: 10.1016 / j.cej.2017.12.010.